面向零力控制的模拟转矩控制方法以及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及机器人零力控制领域，尤其设及一种面向零力控制的模拟转矩控制方 法W及系统。
【背景技术】
[0002] 目前工业机器人的示教过程主要依赖于示教器，运样的示教方式具有工作效率 低，过程繁琐不直观，对操作人员知识水平要求高的特点，因此，有必要设计一种直观高效 的机器人直接示教系统。直接示教系统的开发依赖于零力控制技术的实现。当前零力控制 技术主要有两种实现方式:基于位置控制的零力控制技术和基于直接转矩控制的零力控制 技术。
[0003] 基于位置控制的零力控制技术需借助于力/转矩传感器，测量出施加在机器人各 关节的外力，然后将该外力与经动力学模型计算的力相加并转换为相应的位置指令。由于 该方案需要力/转矩传感器，所W会极大提高系统的成本和复杂性。
[0004] 基于直接转矩控制的零力控制技术，首先通过动力学模型计算出各关节对应的重 力及摩擦力，然后控制各关节输出对应大小的转矩，机器人在外力的作用下克服惯性力而 运动。运样的控制方式虽然不需要力/转矩传感器，但对机器人关节控制器提出了更高的要 求。考虑到机器人在非直接示教模式下，各关节控制器一般工作在非转矩控制模式下，若关 节控制器支持转矩控制模式，如果切换机器人进入直接示教模式，则需反复切换转矩/非转 矩控制模式，运不仅增加系统工作量、机器人控制器与关节控制器的数据通信量，且易导致 系统不稳定;如果关节控制器不支持转矩控制模式，则无法实现直接示教系统的开发。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种面向零力控 制的模拟转矩控制方法W及系统。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种面向零力控制的模拟转矩 控制方法，用于在机器人处于非转矩控制模式时控制其输出相应的转矩，方法包括：
[0007] S1、建立包含机器人关节控制器的各种控制模型的模型数据库；
[000引S2、收集并处理关节控制器的反馈数据，与模型数据库中的控制模型逐个匹配，识 别出关节控制器的控制模型W及控制模型中的未知参数的数值；
[0009] S3、根据机器人的动力学模型计算机器人的关节转矩；
[0010] S4、根据步骤S2中识别的控制模型W及步骤S3中计算的关节转矩，计算机器人控 制器下达给关节控制器的非转矩指令，关节控制器接收到该非转矩指令后产生一个与所述 关节力矩等效的等效力矩。
[0011] 在本发明所述的面向零力控制的模拟转矩控制方法中，所述步骤S2包括：
[0012] S21、生成发送给关节控制器的测试指令，所述测试指令包括位置指令和/或速度 指令；
[0013] S22、收集并处理关节控制器基于所述测试指令所产生的反馈数据；
[0014] S23、基于所述反馈数据，与模型数据库中的控制模型逐个进行拟合求解得到各个 控制模型的未知参数，将拟合效果最好的控制模型确定为关节控制器的控制模型。
[0015] 在本发明所述的面向零力控制的模拟转矩控制方法中，所述步骤S2与S3之间还包 括：
[0016] S2-3、基于步骤S2中识别出的控制模型W及参数，修改控制模型中的部分参数的 参数值，W使步骤S4中基于修改后的控制模型计算所述非转矩指令W及生成所述等效力 矩。
[0017] 在本发明所述的面向零力控制的模拟转矩控制方法中，所述非转矩指令为速度指 令或位置指令。
[0018] 在本发明所述的面向零力控制的模拟转矩控制方法中，所述步骤S3包括:根据机 器人的关节位置、速度及加速度信息计算机器人的关节转矩。
[0019] 本发明还公开了一种面向零力控制的模拟转矩控制系统，用于在机器人处于非转 矩控制模式时控制其输出相应的转矩，系统包括：
[0020] 模型数据库，包含机器人关节控制器的各种控制模型；
[0021 ]模型识别模块，用于收集并处理关节控制器的反馈数据，与模型数据库中的控制 模型逐个匹配，识别出关节控制器的控制模型W及控制模型中的未知参数的数值；
[0022] 关节转矩计算模块，根据机器人的动力学模型计算机器人的关节转矩；
[0023] 模拟转矩生成模块，根据步骤识别的控制模型W及计算的关节转矩，计算机器人 控制器下达给关节控制器的非转矩指令，关节控制器接收到该非转矩指令后产生一个与所 述关节力矩等效的等效力矩。
[0024] 在本发明所述的面向零力控制的模拟转矩控制系统中，所述模型识别模块包括：
[0025] 测试指令生成单元，用于生成发送给关节控制器的测试指令，所述测试指令包括 位置指令和/或速度指令；
[0026] 反馈数据获取单元，用于收集并处理关节控制器基于所述测试指令所产生的反馈 数据；
[0027] 求解单元，用于基于所述反馈数据，与模型数据库中的控制模型逐个进行拟合求 解得到各个控制模型的未知参数，将拟合效果最好的控制模型确定为关节控制器的控制模 型。
[0028] 在本发明所述的面向零力控制的模拟转矩控制系统中，所述系统还包括：
[0029] 模型修改模块，用于基于模型识别模块识别出的控制模型W及参数，修改控制模 型中的部分参数的参数值，W使模拟转矩生成模炔基于修改后的控制模型计算所述非转矩 指令W及生成所述等效力矩。
[0030] 在本发明所述的面向零力控制的模拟转矩控制系统中，所述非转矩指令为速度指 令或位置指令。
[0031] 在本发明所述的面向零力控制的模拟转矩控制系统中，所述的根据机器人的动力 学模型计算机器人的关节转矩包括:根据机器人的关节位置、速度及加速度信息计算机器 人的关节转矩。
[0032] 实施本发明的面向零力控制的模拟转矩控制方法W及系统，具有W下有益效果： 本发明通过辨识节控制器的控制模型w及计算关节转矩，可w直接计算出机器人控制器下 达给关节控制器的非转矩指令，在非转矩控制模式下直接产生所需要的等效力矩，而且在 机器人支持转矩控制模式时，不需要反复切换关节控制器的工作模式。
【附图说明】
[0033] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0034] 图1是机器人控制系统的结构示意图；
[0035] 图2是具体实施例中的一种关节控制器控制模型；
[0036] 图3是本发明的面向零力控制的模拟转矩控制方法的流程图；
[0037] 图4是本发明的面向零力控制的模拟转矩控制系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0038] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明 本发明的【具体实施方式】。
[0039] 如图1所示，是机器人控制系统的结构示意图。
[0040] 现W某具有图1所示构型的机器人为本发明的方法实施对象，该机器人系统包括： 机器人本体100、用于机器人编程的示教再现设备101、用于实现机器人核屯、控制算法的机 器人控制器110、用于示教再现设备101与机器人控制器110通信的化hernet线缆102、用于 控制机器人各关节运动的关节控制器106、用于机器人控制器110与关节控制器106通信的 EtherCAT线缆105、用于发送指令至机器人机械本体100或从其获取反馈信息的设备107、附 件一 103、附件二104、W及用于连接附件一 103与机器人控制器110和用于连接附件二104与 关节控制器106的设备108和109。需要说明的是，附件一包括但不限于视觉传感器、力传感 器、测距传感器，远程或/和本地10、40、04、编码器等，附件二包括但不限于本地10、40、0八